1、背景描述

 當(dāng)前，制造行業(yè)加工工藝的趨勢(shì)正朝著高新技術(shù)的方向發(fā)展。由于新產(chǎn)品、新技術(shù)的開發(fā)成本太高、開發(fā)時(shí)間過長(zhǎng)，加上開發(fā)成果沒有保障，越來越多的公司在研發(fā)、制造過程中開始注重仿真技術(shù)的應(yīng)用。采用ABAQUS對(duì)加工工藝進(jìn)行模擬有著諸多優(yōu)點(diǎn)：

1. 數(shù)值模擬減少了耗時(shí)的原型實(shí)驗(yàn)，縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間；

2. 合理的參數(shù)設(shè)計(jì)可以降低對(duì)工件的損耗；

3. 合理的坯料設(shè)計(jì)，減少了飛邊，也減少原材料的浪費(fèi)；

4. 對(duì)模具的設(shè)計(jì)、加工提供合理建議；  

5. 優(yōu)化加工過程，提高產(chǎn)品成型質(zhì)量；

   
   

采用ABAQUS進(jìn)行仿真模擬的目的：

1.節(jié)約開發(fā)成本

2.加快研發(fā)速度

3.提高產(chǎn)品質(zhì)量 

2、問題描述

 1、本實(shí)例是關(guān)于板件的沖壓成型仿真模擬，圖1為拉延模具三維實(shí)體，圖2為模具上模的剛性實(shí)體，圖3為模具下模的剛性實(shí)體，圖4為模具壓邊圈的剛性實(shí)體，圖5為毛坯的初始形狀，其中定義上模、壓邊圈、下模為離散剛性的，即在模擬過程中假設(shè)這幾個(gè)部件不發(fā)生變形，只有毛坯件發(fā)生變形，完成沖壓，在分析過程中定義毛坯為可變性的。 

圖1 拉延模三維模型 

圖2 模具上模剛性實(shí)體 

圖3 模具下模剛性實(shí)體 

圖4 壓邊圈剛性實(shí)體 

圖5 毛坯初始形狀

2、將上述模具四部分進(jìn)行裝配，其中上模在最上端，下模在最下端，壓邊圈在下模上，毛坯在壓邊圈下方下模上放著，在模具沖壓的過程中，下模固定不動(dòng)，由上模向下運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)板料的沖壓成型，壓邊圈在上模下壓之前已將將板料壓緊，防止板料在拉伸的過程毛坯串動(dòng)，和提高拉伸后型面質(zhì)量。拉著板料的邊緣，使拉伸時(shí)板料不易起皺。下圖6模具為在abaqus中的裝配體。

圖6 模具裝配體

3、定義毛坯的材料屬性，進(jìn)入屬性模塊，定義新材料名稱為steel，該材料的密度為7.85E-9，楊氏模量為210000，泊松比為0.31，定義塑性屬性為圖7所示，

圖7 材料的屬性定義

4、創(chuàng)建截面類型別殼，類型為均質(zhì)的截面，同時(shí)將截面特性賦予給毛坯。定義如下圖8所示：

 圖8 賦予板料單元屬性

5、定義求解時(shí)的分析步，總共定義3個(gè)分析步，第一個(gè)分析步為壓邊圈向下移動(dòng)10mm，使壓邊圈和毛坯接觸。第二個(gè)分析步為壓邊圈向下移動(dòng)1.0*E-01mm，使壓邊圈能夠緊緊的壓著毛坯，在沖壓的過程中能拉緊毛坯，使毛坯不易起皺。第三個(gè)分析步為上模沖頭向下移動(dòng)50mm，完成沖壓過程。如圖9所示：

圖9 定義三個(gè)分析步

分析步定義的類型為動(dòng)力、顯式的，時(shí)間長(zhǎng)度為0.001，幾何非線性打開。如圖10所示：

圖10 分析步時(shí)間長(zhǎng)度定義

6、進(jìn)入相互作用管理器，創(chuàng)建摩擦的相互作用屬性，定義接觸屬性名稱為fric，    選擇力學(xué)-切向行-摩擦公式，選擇罰，定義摩擦系數(shù)為0.1，如圖11。

圖11 定義接觸屬性

7、定義相互作用，分別定義三個(gè)接觸，第一個(gè)是上模和毛坯下表面的接觸作用，第二個(gè)是下模和毛坯下表面的接觸作用，第三個(gè)是壓邊圈上表面和毛坯下表面的接觸作用。著三個(gè)相互作用在拉伸過程中真實(shí)的模擬毛坯沿切向的摩擦滑動(dòng)。如圖12所示： 

圖12 創(chuàng)建接觸部分的相互作用

8、進(jìn)入約束管理器，創(chuàng)建上模、下模、壓邊圈的約束，使上模、下模、壓邊圈在仿真的過程中以剛體的形式進(jìn)行仿真，即不發(fā)生彈性形變，且定義參考點(diǎn)，參考點(diǎn)為之前定義的參考點(diǎn)。過程如圖13所示：

圖13 創(chuàng)建剛形體參考點(diǎn)約束

8、劃分網(wǎng)格，由于定義的是離散剛體，所以需要對(duì)離散剛體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，同時(shí)毛坯件也需要網(wǎng)格劃分，離散剛體和毛坯的網(wǎng)格盡量小一些，這樣可以更準(zhǔn)確的模擬真實(shí)的變形情況。對(duì)上述部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，應(yīng)當(dāng)對(duì)網(wǎng)格的單元類型進(jìn)行定義，該實(shí)例中，定義毛坯的單元類型為顯式、殼單元S4R，離散剛形體的單元類型為顯式、離散剛性單元R3D4。毛坯和離散剛形體的選擇情況分別如圖14和15所示： 

圖14 網(wǎng)格的劃分情況 

圖15 選擇單元類型

9、定義邊界條件，為之前創(chuàng)建的分析步創(chuàng)建邊界條件，分別創(chuàng)建下模的完全固定邊界條件、上模的沿Y軸下移的邊界條件、壓邊圈下移的邊界條件、毛坯沿X軸固定的邊界條件。創(chuàng)建的邊界條件應(yīng)和分析步相一致。如圖16所示：

圖16 定義運(yùn)動(dòng)的邊界條件

10、創(chuàng)建作業(yè)，進(jìn)行求解。

圖17為板件沖壓過程中金屬板中Mises應(yīng)力分布云圖

圖17 沖壓過程應(yīng)力分布云圖

圖18 為沖壓結(jié)束金屬板中Mises應(yīng)力分布云圖

圖18 板件成型應(yīng)力分布云圖

從應(yīng)力分布云圖中可以看出，板件在拉伸過程中兩個(gè)圓弧處發(fā)生了很大的塑性變形，由此可能造成的結(jié)果是板件的拉裂和變薄，對(duì)板件的最終質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。板件中間部位在拉伸的過程中產(chǎn)生了收縮，中間部位在成型后板件厚度方向上變形量不是很大，板件兩端沒有產(chǎn)生大的收縮，板件的凸處是靠塑性變形產(chǎn)生的。在拉伸開始前，給予壓邊圈一個(gè)向下的位移，使壓邊圈壓緊板料，之后拉伸時(shí)壓邊圈靠摩擦力拉緊板料，使成型過程中不易起皺。

圖19為拉伸過程中整個(gè)模型的動(dòng)能歷史曲線。

圖19 成型分析動(dòng)能歷史

數(shù)據(jù)如下圖20：

圖20 能量數(shù)據(jù)

圓弧節(jié)點(diǎn)處的最大、最小應(yīng)力為下圖21所示：

數(shù)據(jù)如下： 

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